Chapitre 7

Deuxième partie
Etages spécifiques Radio Fréquences (RF)

- Oscillateurs
- multiplicateurs de fréquences
- Mélangeurs

Oscillateurs

• Un oscillateur est un circuit générateur de signaux périodiques (sinusoïdaux dans le monde de la radio) de fréquence calculée. Il existe des oscillateurs.

- à fréquence fixe (à quartz) (VXO)

- à fréquence variable commandés
> mécaniquement avec un condensateur variable (VFO),
> par la variation de tension sur une diode Varicap (VCO)
> électroniquement
>> avec un synthétiseur (PLL)
>> et plus récemment par traitement numérique (DDS)

- Le fréquencemètre mesure la fréquence d’un signal en comptant les périodes pendant une durée de référence connue et stable.

> plus cette durée est longue, plus l’affichage de la fréquence mesurée est fin.
> la précision de l’instrument dépend de l’oscillateur générant la durée de référence.

Les quartz

• Le quartz se trouve à l’état naturel sous forme de cristaux de silice (SiO2). Le composant nommé quartz est constitué :

- d'une lamelle de roche de quartz coincée entre les deux plaques d'un condensateur.

- schéma

- le courant circule à vitesse très réduite dans le quartz (environ 5700 m/s)

- la fréquence dépend de l’épaisseur de la lamelle utilisée

• Les quartz fonctionnent grâce à l'effet piézo-électrique du matériau.

- du grec (piézein) : presser, appuyer

- lors d’une pression (on applique une tension sur notre quartz), des charges électriques apparaissent sur les faces. Plus la tension est forte, plus le quartz se contracte et plus elle est basse, plus le quartz se dilate.

Les Oscillateurs

• Les schémas fonctionnels ne sont pas au programme de l’examen. Seuls les schémas de principe du PLL et du DDS sont au programme (voir plus loin). Les principaux montages sont :

• Un oscillateur fonctionne grâce à la réinjection en phase d’une partie du signal amplifié sur l’entrée du circuit.

• Les facteurs affectant les conditions de stabilité des oscillateurs sont :

- les variations de la tension d’alimentation,

- les variations de température des composants
> en particulier des transistors
> et des quartz

- les défauts de blindage des boîtiers contenant le montage (effet de main).

• Analyse du schéma synoptique d’un PLL (Phase Lock Loop, boucle à verrouillage de phase).

• Principe de fonctionnement

 • Analyse du schéma synoptique d’un DDS (Direct Digital Synthesis, synthèse digitale directe)

• Principe de fonctionnement

• Notions complémentaires :

- algorithme

- échantillonnage

- crénelage

- ces notions seront revues en détail au §8-5

Multiplicateurs de fréquences

• Un multiplicateur de fréquence est un circuit amplificateur RF monté en classe C (générateur de très fortes distorsions harmoniques) dont le filtre de sortie est accordé sur un des harmoniques de la fréquence d'entrée :

- x 2

- x 3

- ou x 5 maximum
> si la fréquence doit être multipliée par 9, deux multiplicateurs par 3 seront montés à la suite l’un de l’autre.

• le spectre d'un signal passant par un multiplicateur est modifié :

- en FM, l’excursion du signal est augmentée mais le signal reste "démodulable"

- en AM ou en BLU, seules les crêtes du signal sont amplifiées (montage en classe C) ce qui rend le signal transmis inexploitable.

• Exemple : quel est l’étage marqué ?

• Réponse : l’oscillateur génère du 3,5 MHz et la fréquence de sortie est 21 MHz. La fréquence de l’oscillateur est donc multipliée par 6 (21 / 3,5 = 6). Un multiplicateur par 2 est déjà représenté. L’étage marqué ? est donc un étage multiplicateur par 3.

Mélangeurs

• Un mélangeur est un circuit multiplicateur de tension :

- l’amplificateur n’est pas linéaire et la distorsion particulière du circuit (distorsion quadratique) nous permettra de récupérer en sortie un mélange de fréquences.

- le filtre de sortie sélectionne une des deux fréquences.

- soient F1 et F2 deux fréquences présentes aux entrées du mélangeur.
> à la sortie du mélangeur, deux fréquences sont générées :
>> Fmax = F1 + F2 (somme)
>> Fmin = F1 – F2 (différence)

• Le schéma du mélangeur n’est pas à connaître pour l’examen

• Pour trouver les fréquences d’entrée (F1 et F2) à partir des fréquences de sortie:

- F₁ = (F_max – F_min) / 2 (moitié de la différence)

- F₂ = F_max – F₁ (puisque Fmax = F₁+F₂)

• Exemple 1 : à l'entrée d'un mélangeur, on a 5 MHz et 8 MHz. Quelles fréquences trouve-t-on à la sortie du mélangeur ?

- F_max = 5 + 8 MHz = 13 MHz

- F_min = 5 – 8 MHz (ou 8 – 5 MHz) = 3 MHz

• Exemple 2 : à la sortie d'un mélangeur, on a 2 MHz et 22 MHz. Quelles sont les fréquences d’entrée du mélangeur ?

- F₁ = (F_max – F_min) / 2 = (22 – 2) / 2 = 20 / 2 = 10 MHz

- F₂ = F_max – F₁ = 22 – 10 = 12 MHz
> Vérification
>> F1 + F2 = 10 + 12 = 22
>> F2 – F1 = 12 – 10 = 2

• Lorsque le mélangeur n’est pas parfait, il ne multiplie pas exactement les tensions présentes à son entrée et on trouvera à sa sortie :

- les mélanges "classiques" F1 + F2 et F1 – F2 (mélanges du 2nd ordre) mais, comme pour les distorsions harmoniques d’un amplificateur linéaire, (voir le cours précédent) nous trouverons aussi :

- les fréquences F1 et F2 et leurs harmoniques
> s’il n’y a que les harmoniques 2 (2xF1 et 2xF2) ou paires, ce sont des distorsions quadratiques (qui sont une forme de distorsion harmonique)

- ainsi que d’autres combinaisons comme par exemple :

> [(2 x F1) + F2] ou [(2 x F1) – F2] (mélanges du 3ème ordre ou distorsions cubiques, une autre forme de distorsion harmonique).

• Les mélangeurs équilibrés ont des caractéristiques particulières

- ils sont constitués de diodes montées "en anneau"

- ils seront étudiés en détail au chapitre 12 (modulateur BLU)

• pour exemple, voici une fonction Graphiques  qui simule le signal en sortie de mélangeur avec F1 =5 et F2 =9 ; fréquences de sorties : 14 (9+5) et 4 (9–5)